PNAS: Есть ли признаки жизни на холодной луне Сатурна?

По мере развития астрофизических технологий и исследований все чаще возникает вопрос: есть ли жизнь в других уголках Вселенной? В одной только галактике Млечный Путь насчитываются сотни миллиардов небесных тел, но в своих поисках ученые часто ищут три важнейших элемента: воду, энергию и органический материал.

Есть данные, что ледяная луна Сатурна Энцелад — это океанический мир, который содержит все эти три элемента, что делает его главной целью в поисках жизни.

Во время своей 20-летней миссии космический аппарат НАСА «Кассини» обнаружил, что ледяные шлейфы извергаются с поверхности Энцелада со скоростью около 800 миль в час (400 м/с). Эти шлейфы предоставляют прекрасную возможность для сбора образцов и изучения состава океанов Энцелада и потенциальной обитаемости. Однако до сих пор было неизвестно, не приведет ли скорость шлейфов к фрагментации органических соединений, содержащихся в ледяных зернах, что приведет к разрушению образцов.

Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего продемонстрировали лабораторные доказательства того, что аминокислоты, переносимые в этих ледяных шлейфах, могут пережить удар со скоростью до 4,2 км/с, что позволяет обнаружить их при отборе проб космическими аппаратами. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

В 2012 году заслуженный профессор химии и биохимии Калифорнийского университета в Сан-Диего Роберт Континетти и его коллеги построили на заказ уникальный спектрометр для изучения динамики столкновений отдельных аэрозолей и частиц на высоких скоростях. Хотя прибор не был создан специально для изучения столкновений ледяных зерен, он оказался именно тем, что нужно.

Этот аппарат — единственный в своем роде в мире, который может выбирать отдельные частицы и ускорять или замедлять их до выбранных конечных скоростей, — заявил Континетти.

Мы можем исследовать поведение частиц диаметром от нескольких микрон до сотен нанометров в различных материалах, например, как они рассеиваются или как изменяется их структура при ударе.

В 2024 году НАСА запустит аппарат Europa Clipper, который отправится к Юпитеру. Европа, одна из крупнейших лун Юпитера, является еще одним океаническим миром и имеет схожий с Энцеладом ледяной состав. Есть надежда, что «Клипер» или любые другие будущие зонды к Сатурну смогут идентифицировать определенный ряд молекул в ледяных зернах, которые могут указать на существование жизни в подповерхностных океанах этих лун, но молекулы должны пережить быстрое извержение из луны и сбор зондом.

Хотя уже проводились исследования структуры некоторых молекул в частицах льда, команда Континетти впервые измерила, что происходит, когда одна ледяная крупинка ударяется о поверхность.

Для проведения эксперимента ледяные зерна были созданы с помощью электрораспылительной ионизации, когда вода проталкивается через иглу, находящуюся под высоким напряжением, в результате чего возникает заряд, разбивающий воду на все более мелкие капли. Затем капли помещали в вакуум, где они замерзали. Команда измерила их массу и заряд, а затем с помощью детекторов заряда изображения наблюдала за зернами, когда они пролетали через спектрометр. Ключевым элементом эксперимента стала установка микроканального пластинчатого ионного детектора для точного определения момента удара с точностью до наносекунды.

Результаты показали, что аминокислоты, которые часто называют строительными блоками жизни, могут быть обнаружены при ограниченной фрагментации вплоть до скорости удара 4,2 км/с.

Чтобы получить представление о том, какая жизнь возможна в Солнечной системе, нужно знать, что в отобранных ледяных зернах не было сильной молекулярной фрагментации, чтобы можно было получить отпечаток того, что делает их самостоятельной формой жизни, — говорит Континетти.

Наша работа показывает, что это возможно с ледяными плюмами Энцелада.

Исследование Континетти также поднимает интересные вопросы для самой химии, в том числе о том, как соль влияет на возможность обнаружения определенных аминокислот. Считается, что Энцелад содержит огромные соленые океаны — больше, чем на Земле. Поскольку соль изменяет свойства воды как растворителя, а также растворимость различных молекул, это может означать, что некоторые молекулы скапливаются на поверхности ледяных зерен, что повышает вероятность их обнаружения.

Последствия, которые это имеет для обнаружения жизни в других местах Солнечной системы без миссий на поверхность этих лун с океанами, очень интересны, но наша работа выходит за рамки биосигнатур в ледяных зернах, — заявил Континетти.

Она имеет значение и для фундаментальной химии. Нас радует перспектива пойти по стопам Гарольда Урея и Стэнли Миллера, основателей Калифорнийского университета в Сан-Диего, в изучении формирования строительных блоков жизни в результате химических реакций, активированных ударами ледяных зерен.

05.12.2023